集成温度传感器AD590数字温度传感器的设计.doc

创新型实验

实验名称： 集成温度传感器AD590数字温度传感器的设计

系别： 物理系
专业： 物理学
指导教师：
组号： 五

实验时间： 2014年3月31号

提交时间： 2014年6月 号

报告人
学号：
集成温度传感器AD590数字温度传感器的设计
摘要：集成温度传感器具有线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，
因而得到了广泛应用。本文介绍了一种集成温度传感器AD590温度特性的测量，并给出了采用AD590的温度计设计方法及其设计方案。
关键词：集成温度传感器、AD590、电压特性、数字温度计。
引言
随着科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要，各种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来。集成温度传感器是将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出。在众多温度传感器中，集成温度传感器AD590因其线性好、精确度高和易于实现计算机在线测试与数据处理等优点，在生活中有着广泛的应用。本文介绍了一种利用温度传感器AD590进行测温的设计方法及实现方案。
实验设计
1、AD590温度传感器特性测量
1.1AD590温度传感器的介绍
实验中采用的器件AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。其主要特性
有 流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数：IrT=1 (1）式中，Ir—流过器件(AD590) 的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K； AD590传感器的测温范围为- 55℃~+150℃；AD590传感器的电源电压范围为4～30 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；其 输出电阻为710 mΩ；并且精度高，AD590在- 55℃~+150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。

1.2AD590温度传感器的原理
AD590 是种新型的二端温度传感集成电路, 它具有良好的互换性和线性。在电压增加电流趋于饱和的正常工作状态下, 其输出电流主要由温度决定, 当温度增加时, 输出电流随温度线性增加, 反之线性减少; 而电源电压从13 v 变到1 5 V, 电流也只有1 产A 以下略微变化, 所以AD590 具有消除电源波动的特性。由于具有以上优点, 它被广泛地应用于各种温度测量, 且测量精度高, 使用方便，因此我们测量了AD590在常温下的伏安特性及电流电压与温度的关系特性，并制作了准确度较高的温度计。
在此实验中我们用到了Yj-WH-I材料与器件温度特性综合实验仪、AD590、实验模板万用表。

YJ-WH-I材料与器件温度特性综合实验仪
如图所示首先将AD590插入恒温腔 传感器电缆接入实验模板的出入端口，短接b与R1打开电源开关，用数字多用表20v档测量R1两端的电压，其次，顺时针调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”扭到底，打开加热开关，加热指示灯发亮，同是观察恒温加热器温度的变化，当恒温加热器温度即将达到所需温度（如50.0℃）时逆时针调节 “设定温度粗选”和“设定温度细选”扭使指示灯闪烁（恒温状态） ，仔细调节“设定温度细选”使恒温加热器温度恒定在所需温度（如50.0℃）。用数字多用表测量出所选择温度时R1两端的电压，在调试好之后，重复以上步骤，选择温度为60.0℃、70.0℃ 、75.0℃、80.0℃、90.0℃、100.0℃，数字多用表测量出所选择温度时R1两端的电压。我们得到的数据如下
温 度（℃）
21.0
50.1
59.8
70.0
80.0
90.1
100
电 压 （v）
2.919
3.208
3.315
3.430
3.519
3.636
3.738
电流（uA）
291.9
320.8
331.5
343.0
351.9
363.6
373.8

（1） 电压随温度的变化图

斜率为：K=0.0102V/℃，我们可以看出在AD590的温度特性测量中，电压与温度呈线性关系，与标准的斜率值K=0.0100V/℃相比，百分误差为，在误差允许的范围内比较准确。

(2) 电流随温度的变化图

斜率K=1.02μA/℃ 我们可以看出在AD590的温度特性测量中，电流与温度呈线性关系，与标准的斜率值K=1.02μA/℃相比，百分误差为，在误差允许的范围内比较准确。

2、设计数字温度计：
在把仪器调好之后，把仪器上的放大器调零，然后将温度传感器引线接入上图所示的实验模板，再把电源引入模板，用连接线短接的同相输入端和地，调节使放大器输出为零后，再将温度传感器置于恒温加热器中，选择恒温加热器温度恒定在50.0℃.去掉的同相输入端的短路线，将的同相输入端与b点短接。此时，的输出端电压为2.732+0.500v=3.232v.AD590温度传感器灵敏度是10mv/k,3.232v相当于323.2k也就是开尔文温度，然后将开尔文温度转化为摄氏温度：将的输出端与输入端短接，调节使的输出端电压为0.500v,相当于50.0℃.，选择恒温加热器温度恒定在100.0℃，检验的输出端电压是否为1.000v,相当于100.0℃.重复以上过程使偏差最小，经过测量我们得到以下数据

温度（℃）
60.4
70.2
80.1
90.1
100.2
电压（v）
0.599
0.702
0.801
0.911
1.020
温度（℃）
60.3
70.1
80.2
90.0
100.1
电压（v）
0.600
0.700
0.800
0.908
1.011
温度（℃）
60.1
70.2
80.2
90.0
100.o
电压（v）
0.599
0.702
0.801
0.907
1.007
温度（℃）
60.3
70.0
80.0
90.1
100
电压（v）
0.601
0.700
0.800
0.905
1.001
温度（℃）
60,0
70.1
80.2
90.0
100
电压（v）
0.600
0.702
0.801
0.904
1.006

平均温度（℃）
60.25
70.12
80.16
90.04
100.06
平 均 电 压（v）
0.5998
0.7012
0.8006
0.907
1.009

（1）电压随温度的变化图

斜率为：K=0.0102V/℃
温度的标准偏差：
电压的标准偏差：
由上述结果可以看出斜率为K=0.0102V/℃，电压的标准偏差：
电压与温度呈线性关系，且偏差很小，测量比较准确。
3、AD590的应用
AD590 不但实现了温度的电量测量, 而且灵敏度高、反应时间短, 因此可作为恒温控制电路的信号检测器。与目前大量使用的接点式水银温度计相比, 它具有控温精度( 温控在某点时的温度最大波动范围) 高、体积小、无污染、使用方便等优点。恒温控制电路如图 所示。LF356 为电流电压转换器, LM311 为电压比较器, RW1、RW2、RW3 、RW4和2DW7C 此部分电路用以设置该控温电路的温度预定值T0。AD590 输出的电流经LF356 后转换为一负电压( 相对于接地点) 输出Va 。比较器LM311 对Va 和Vb进行比较, 如果Va > Vb , 则输出一恒定的正电压V0 , 三极管3DK4B 导通, 固体继电路J 1接通。由于有电流通过, 交流接触器J 2 的常开触点闭合, 电热丝通电加热。AD590 的温度T 升高, | Va | 增大。当T > T0 时, Va < Vb , LM311 的输出约等于零伏,3DK4B 截止, J1 断开, J2 常开触点随之断开, 电热丝停止加热, T 下降。当T < T 0 时, Va>Vb , 电热丝再次通过电加热, 从而达到恒温控制的目的。
4、结束语：
对AD590温度传感器的 V－ T和I－T曲线的测量表征，实现了温度的电量测量, 而且灵敏度高、反应时间短,我们通过实验得出了所设计温度计的灵敏度，灵敏度为K=0.0102V/℃
电压的标准偏差：，通过分析图像和结果我们可知，测量结果还比较准确，在以后的测量中，我们可以吸取本次经验来更好的完成物理实验。
创新型实验心得
首先，老师比较认真负责，教的内容我们基本上都能理解，而且实验项目大都非常合理，且皆具有一定的趣味性，通过这次实验我们接触到了许多新的实验仪器，拓宽了我的视野，老师们耐心认真地指导，使我了解许多新的知识，提高了动手能力，改善了思维方式，同时实验也使我们更耐心、更细心了；最后，实验课使我对物理有了新的认识，增强了对物理学习的兴趣还有些实验需要两人配合，这加强了我们交往能力，培养合作精神。总的来说，这是一门值得开展的科目。
了解本次实验的实验目的、实验原理和实验步骤，并把它们写在实验报告册上，每次总要几乎都写不下，都要加好几页纸。虽然有时候我们不情愿写，但是后来想想还是值得的，因为预习是这一步，很重要，它关系到实验的成败。我觉得我自己准备还是比较充分的，所以很多时候我都能顺利地完成实验。
我们做实验是在单周的周二下午，我们去了之后熟悉实验仪器，老师给我们讲解了一些，老师讲完了，我们就自己开始动手做实验，遇到难点，我们几个同学会互相讨论，经过讨论也解决不了的问题，我会去问老师，老师总会很耐心的讲解，给出满意的答复。实验过程中我会把真实的实验数据数据记在草表中，这一点很好地锻炼了我边看边记的好习惯，同时也告诉我实验是检验真理的唯一标准这一道理。有时候实验数据会发生错误，但是经过重新检查，我还是能做出正确的结果，经过实验我更有耐心了，也更细心了。实验做完后，给老师签字，最后整理好仪器我们就可以离开了。
在实验过程中，我们还用到了许多以前从来没有接触过的仪器，实验书上有那些仪器的介绍，实验之前我一般都会浏览一下，我发现很多仪器的注意事项都是相通的，这就要求我们要有举一反三、爱思考的好习惯了。
总之，通过大学物理实验课我收获颇丰，在学到知识、提升自己的同时也让发现了自己身上的不足。在以后的学习过程中，我会扬长避短，不断克服缺点、弥补不足，不断地充实自己，并把在实验课上学得的知识运用到实际生活中去。 我还要通过举一反三，将所学物理知识运用到其它领域。最后衷心的感谢老师和同学对我的关心和帮助，希望物理实验课能开展得越来越好！